CN117760404A - 一种基于单星定向的全天候自主导航方法、***、计算机设备及介质 - Google Patents
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Abstract
一种基于单星定向的全天候自主导航方法、***、计算机设备及介质，属于天文导航技术领域，解决了现有天文导航***处理过程繁琐、计算量大、输出频率低、对视觉传感器要求高、成本高以及对实时性要求高的问题。所述方法包括：采集星体的图像，并进行预处理，提取星体的质心点；获取天文年历中的力学时间、星体在赤道坐标系的坐标及观测点的位置坐标；采集惯性传感器的加速度和角速度，然后计算得到姿态角；进行姿态解算，得到航向角；预测得到目标的状态数据；将航向角与所述状态数据进行多源滤波融合，对目标的状态进行更新，并根据所述航向角对目标的航向进行修正，完成导航。本发明适用于大型高空远程飞机和战略导弹的导航场景。
Description
技术领域
本发明属于天文导航技术领域，具体涉及一种单星定向导航技术。
背景技术
惯性导航***是一种自主的、不对外发射信号、不受外界干扰的导航***，但由于其导航误差随时间积累，很难满足长航时需求。
天文导航具有误差不随时间积累、隐蔽性好等优点，与惯导***组合可以较好的抑制惯导误差发散以及不依赖卫星导航***等外部导航方式的复杂环境下，实现无人机全天候全自主导航。
对于天文导航***部分，目前多为建立导航星星库实现无人机的位姿解算，这会引起处理过程繁琐、计算量大、输出频率低以及对视觉传感器(如：多采用星敏感器)要求高等问题的出现，无法满足低成本且对实时性要求高的需求。
发明内容
本发明为解决现有天文导航***处理过程繁琐、计算量大、输出频率低、对视觉传感器要求高、成本高以及对实时性要求高的问题，提出一种基于单星定向的全天候自主导航方法、***、计算机设备及介质。
所述方法包括：
采集视觉传感器获取的星体的图像，对所述图像进行预处理，提取所述星体的质心点；
获取天文年历中的力学时间、星体在赤道坐标系的坐标及观测点的位置坐标；
采集惯性传感器中加速度计和陀螺仪的加速度和角速度，根据惯性导航原理，计算得到姿态角信息；
根据所述质心点、力学时间太阳在赤道坐标系的坐标、观测点的位置坐标以及所述姿态角信息，进行姿态解算，得到航向角；
采集惯性传感器预测得到的目标的状态数据；
将所述航向角与所述状态数据进行多源滤波融合，对目标的状态进行更新，并根据所述航向角对目标的航向进行修正，完成导航。
进一步地，提供优选方案：所述星体包括：太阳和月亮。
进一步地，提供优选方案：对所述图片进行预处理包括：灰度化处理、缩小视场角处理、锐化处理、二值化处理和掩膜融合处理。
进一步地，提供优选方案：所述星体的质心点采用质心提取算法提取。
进一步地，提供优选方案：所述天文年历中的力学时间采用天文算法计算获取。
进一步地，提供优选方案：所述姿态解算具体为：
其中，为星体在载体系内的单位方向矢量，/>为向量/>与/>间的旋转矩阵，/>为星体在导航系下的单位方向矢量。
进一步地，提供优选方案：所述预测数据包括：偏航角。
本发明还提供一种基于单星定向的全天候自主导航***，包括：
图像处理模块：用于采集视觉传感器获取的星体的图像，对所述图像进行处理，提取所述星体的质心点；
数据获取模块：用于获取天文年历中的力学时间、星体在赤道坐标系的坐标及观测点的位置坐标；
角度计算模块：用于采集惯性传感器中加速度计和陀螺仪的加速度和角速度，根据惯性导航原理，计算得到姿态角信息；
姿态解算模块：用于根据所述质心点、力学时间太阳在赤道坐标系的坐标、观测点的位置坐标以及所述姿态角信息，进行姿态解算，得到航向角；
状态预测模块：用于采集惯性传感器预测得到的目标的状态数据；
航向修正模块：用于将所述航向角与所述状态数据进行多源滤波融合，对目标的状态进行更新，并根据所述航向角对目标的航向进行修正，完成导航。
本发明还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行上述任意一种方案组合的一种基于单星定向的全天候自主导航方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于储存计算机程序，所述计算机程序执行上述任意一种方案组合形成的一种基于单星定向的全天候自主导航方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
现天文导航***中多采用基于制作导航星星库的方法，导航星库主要制作流程：首先，需要获取基本星表，导航星星库的内容来源于基本星表，基本星表当中包含了一定数量的恒星，每一颗恒星都记录了其星号、星等、自行以及基于某一个基本历年的赤经、赤纬等数据。有很多常用的星表，如SKY2000主星表、SAO星表、FK星表及耶鲁亮星星表等；其次，进行坐标变换，基本星表只能提供恒星在某一标准历年某一时刻的平赤道坐标，称为平位置，在使用时，由于在视觉传感器上得到的是恒星在观测时刻的真赤道坐标视位置在成像平面上的投影，因此需要进行一次从平位置到观测时刻视位置的坐标转换；然后，根据坐标变换后的任意两颗形体的天球位置计算出对角距；最后，在基本星表的基础上提取星号、星等及坐标变换后的赤经、赤纬和星对角距等信息存储到导航星星库中，除此外还需要计算任意两颗星的星对角距，并存储在导航星库中，其任意两颗恒星(天球坐标系下坐标分别为Ai(αi,δi),Bj(αj,δj))星对角距的计算方法为：
其中，分别为Ai,Bj的单位方向矢量。
若导航星星库中有N颗星，则意味着需要计算次，此外在图像处理过程中还需要进行星点识别与匹配，处理的复杂程度会较高，同时也需要更高成本的星敏感器最为星图获取的传感器。
相对于建立导航星星库的处理方法，本发明提出的一种基于单星定向的全天候自主导航方法，首先，在计算单星(太阳或月亮)的位置时不需要根据星表制作导航星库以及星图匹配等工作；其次，对于畸变图像仅作质心点的像素坐标做矫正，不需要对整幅图像做矫正，最后，不需要采用高成本的星敏感器作为传感器，采用普通视觉传感器即可。也就是说，本发明提出的方法在计算复杂度与图像处理方面都会降低许多，视觉传感器的需求也会降低，从而可以实现低成本且实时性较好的全天候自主导航***。
本发明适用于大型高空远程飞机和战略导弹的导航场景。
附图说明
图1为实施方式一所述的一种基于单星定向的全天候自主导航方法的流程图；
图2为实施方式二所述的图像预处理的流程图；
图3为实施方式三所述的高斯椭圆拟合法流程图；
图4为实施方式三所述的质心提取流程图；
图5为实施方式五所述的Z轴正向旋转示意图；
图6为实施方式五所述的绕Y轴正向旋转示意图；
图7为实施方式五所述的绕X轴正向旋转示意图；
图8为实施方式五所述的视觉传感器安装示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施方式一
参照图1说明本实施方式。
本实施方式提出一种基于单星定向的全天候自主导航方法，包括：
采集视觉传感器获取的星体的图像，对所述图像进行预处理，提取所述星体的质心点；
获取天文年历中的力学时间、星体在赤道坐标系的坐标及观测点的位置坐标；
采集惯性传感器中加速度计和陀螺仪的加速度和角速度，根据惯性导航原理，计算得到姿态角信息；
根据所述质心点、力学时间太阳在赤道坐标系的坐标、观测点的位置坐标以及所述姿态角信息，进行姿态解算，得到航向角；
采集惯性传感器预测得到的目标的状态数据；
将所述航向角与所述状态数据进行多源滤波融合，对目标的状态进行更新，并根据所述航向角对目标的航向进行修正，完成导航。
具体地：
本实施方式所述的星体包括太阳和月亮，所述导航方法在白天基于太阳实现，夜晚基于月亮实现。
所述观测点的位置坐标即为无人机或相机的拍摄位置坐标。
所述状态数据包括偏航角。
相对于建立导航星星库的处理方法，本实施方式提出的一种基于单星定向的全天候自主导航方法，首先，在计算单星(太阳或月亮)的位置时不需要根据星表制作导航星库以及星图匹配等工作；其次，对于畸变图像仅作质心点的像素坐标做矫正，不需要对整幅图像做矫正，最后，不需要采用高成本的星敏感器作为传感器，采用普通视觉传感器即可。
也就是说，本发明提出的方法在计算复杂度与图像处理方面都会降低许多，视觉传感器的需求也会降低，从而可以实现低成本且实时性较好的全天候自主导航***。
实施方式二
参照图2说明本实施方式。
本实施方式是对实施方式一所述的一种基于单星定向的全天候自主导航方法中所述的对所述图像进行预处理的进一步举例说明。
本实施方式所述的预处理包括：灰度化处理、缩小视场角处理、锐化处理、二值化处理和掩膜融合处理。
具体地：
本实施方式首先对图像进行灰度化处理，经过灰度化处理的图像会因为巴德膜遮光不密闭，导致边缘会出现大面积光斑，需要进行缩小视场处理，即：对图像边缘处进行掩膜处理。除此以外，一般还需锐化处理、二值化处理以及掩膜融合处理。
下面对二值化处理进行进一步介绍：
图像二值化是指根据设定的阈值T把图像灰度值进行置0(或某最小值)和置255(或某最大值)操作，大于设定阈值T的灰度值设为255，小于设定阈值的灰度值设为0，即：
其中，f(x,y)为原图像的灰度值，g(x,y)为二值化图像的灰度值。
动态阈值法
根据组合导航***中视觉传感器获取的星图内星点的最大亮度确定合适的阈值T(即T＝0.8*maxVal，其中maxVal为星点的最大灰度值)，当亮度低于一定程度直接忽略掉此星点。
下面对掩膜融合进行进一步介绍：、
将获取的二值化图像作为原星图的掩膜(mask)图像,与原图进行投影融合，从而达到保留星点中心处光斑、消除光束及其他光斑噪点的影响。
本实施方式所述的图像预处理流程为：
如图2所示：对于视觉传感器获取到的星体图像，首先经过图像预处理去除由于漏光、光束发散等引起的噪声干扰，锐化处理是在质心提取部分(边缘曲线拟合)才会用到。
实施方式三
参照图3、图4说明本实施方式。
本实施方式是对实施方式一所述的一种基于单星定向的全天候自主导航方法中所述的提取所述星体的质心点的进一步举例说明。
本实施方式所述的星体的质心点采用质心提取算法提取。
具体地：
如图4所示，本实施方式所述的质心提取流程为：首先，对星点位置粗定位，可以通过连通域的方法，区分出星点在星图中的大致位置；其次，确定星点的外接矩形框的4个顶点坐标；最后，进行质心提取及位置计算，在得到外接矩形框区域内进行质心的提取。
对所述粗定位进行进一步介绍：
在星图中，每个星点均是一个连通的区域，可以通过检测星图中的连通区域来进行确定星点的大***置，由于星点在星图中的连通域面积最大，故需要取出连通域面积最大的区域，并求出其最小外接矩形的两个顶点(左上角和右下角)坐标，在此矩形框内的区域即为星点的大致位置区域。
然后进行精确定位，在确定大体的星点区域矩形框后，需要对矩形框内的星点具***置进行精确定位，即为星点的质心提取。
本实施方式采用的对质心提取的方法为高斯椭圆拟合法。
具体方法如下：通过高斯拟合法求出高斯峰值，然后以高斯峰值为阈值，对图像进行阈值分割，分割后通过Laplace边缘检测确定质心范围边界，利用椭圆拟合法求得质心，将这个求得的质心作为光斑质心。本实施方式所述的高斯椭圆拟合法的流程如图7所示。
灰度质心法简单快速，但是在图像复杂，形状不规则的时候提取精度通常不高；高斯曲面拟合法对于无云雾遮挡的情况下，效果比较好，但是对于有云雾部分遮挡的情况下，可能会造成星点质心坐标计算不准确，从而影响导航的精度；椭圆拟合法较为简单、高效，但在星光强度不对称或者边缘模糊的情况下，会造成较为严重的计算误差。
理想情况下星光光斑应呈现标准的高斯分布，采用本实施方式所述的高斯椭圆拟合法，首先通过高斯拟合可以确定光斑的质心。由于存在一定的随机噪声和背景辐射(云雾遮挡)噪声，在高斯拟合过程中，高斯峰值会存在一定的下降，将高斯峰值作为阈值可将质心位置缩小到一个非常小的范围内，在最大程度上减少噪声对光斑质心提取的影响，同时尽量消除椭圆拟合法不涉及灰度值的问题，然后在通过高斯峰值确定的范围内通过最小二乘法进行椭圆拟合，求出椭圆的质心，即为光斑的质心。
实施方式四
本实施方式是对实施方式一所述的一种基于单星定向的全天候自主导航方法中所述的天文年历中的力学时间、星体在赤道坐标系的坐标及观测点的位置坐标的进一步举例说明。
本实施方式所述的天文年历中的力学时间、星体在赤道坐标系的坐标及观测点的位置坐标采用天文算法计算获取。
所述天文算法具体为：
1、太阳黄道坐标
(1)日心黄经
其计算方法如下：
L0i＝Ai*cos(Bi+Ci*τ)
其中，Ai,Bi,Ci是VSOP87理论周期项系数，n为选取数据个数。
L＝L0+L1τ+L2τ2+L3τ3+L4τ4+L5τ5
其中，单位为弧度，需转换到[0,2π]内。
(2)日心黄纬
其计算方法与日心黄经一样，不再赘述，单位为弧度，需换算到[0,2π]内。
(3)行星到太阳的距离
其计算方法与日心黄经一样，不再赘述，无单位。
2、黄经章动及交角章动
(1)平距角(日月对地心的角距离)：
D＝297.85036+455267.111480*T-0.0019142T2+T3/189474
(2)太阳(地球)平近点角：
M＝357.52772+35999.050340*T-0.0001603*T2-T3/300000
(3)月球平近点角：
M'＝134.96298+477198.867398*T+0.0086972*T2+T3/56250
(4)月球纬度参数：
F＝93.27191+483202.017538*T-0.0036825*T2+T3/327270
(5)黄道与月球平轨道升交点黄经，从Date黄道平分点开始测量：
Ω＝125.04452-1934.136261*T+0.0020708*T2+T3/450000
其中，T是J2000.0起算的儒略世纪数(T＝(JDE-2451545)/36525)，以上各式单位均为度。
(6)章动
根据章动模型IAU1980的计算方法，则有：
ΔΨi＝(Ai+Ai'*T)*sin(Argument)
Δεi＝(Bi+Bi'*T)*cos(Argument)
Argument＝Ni1*M'+Ni2*M+Ni3*F+Ni4*D+Ni5*Ω
1)黄经章动(单位：度)计算公式如下：
2)交角章动(单位：度)计算公式如下：
其中，Ai,Ai',Bi,Bi',Nij(j＝1,...,5)为系数(其中Ai,Ai',Bi,Bi'单位为0".0001)，n为选取数据个数。
3、黄赤交角
(1)平黄赤交角计算公式如下：
ε0＝23°26'21".448-4680".93*U-1".55*U2+1999".25*U3-51".38U4-249".67*U5-39".05*U6+7".12*U7+27".87*U8+5".79*U9+2".45*U10
其中，上式为改进式，适用于1000年至3000年，U＝T/100为从J2000.0起算的儒略万年数。
(2)真黄赤交角计算公式如下：
ε＝ε0+Δε
4、月球黄道坐标：
(1)月球平黄经：
L'＝218.3164477+481267.88123421T-0.0015786T2+T3/538841-T4/65194000
(2)月日距角：
D＝297.8501921+445267.1114034T-0.0018819T2+T3/545868-T4/113065000
(3)太阳平近交点角：
M＝357.5291092+35999.050209T-0.0001536T2+T3/24490000
(4)月球平近角点：
M'＝134.9633964+477198.8675055T+0.0087414T2+T3/69699-T4/14712000
(5)月球经度参数(到升交点的平角距离)：
F＝93.2720950+483202.0175233T-0.0036539T2-T3/3526000+T4/863310000
其中，T是J2000.0起算的儒略世纪数，以上各式单位均为度。
根据黄经周期表计算∑l：
θi＝Ni1*D+Ni2*M+Ni3*M'+Ni4*F
其中，Ai为振幅系数(单位为10-6度，注：数据库中的单位为秒，单位不同影响后面月球黄道坐标的计算公式)，Ei为考虑振幅与地球公转轨道的离心率有关的修正项，Ei的幂取决于M前的系数的绝对值，Nij(j＝1,...,4)为D,M.M',F线性组合系数。
根据黄纬周期表计算∑b，计算方法和∑l一致，不再赘述。
三个必要参数：
A1＝119°.75+131°.849T
A2＝53°.09+479264°.290T
A3＝313°.45+481266°.484T
考虑行星摄动问题(A1与进行摄动相关，A2与木星摄动相关，L'与地球扁率摄动相关)：
∑l+＝3958sin(A1)+1962sin(L'-F)+318sin(A2)
∑b+＝-2235sin(L')+382sin(A3)+175sin(A1-F)+175sin(A1+F)+127sin(L'-M')-115sin(L'+M')
(6)月球地心黄经(单位：度)：
λ0＝L'+∑l/1000000
(7)月球地心黄纬(单位：度)：
β＝∑b/1000000
5、坐标变换
(1)黄道坐标转到赤道坐标
sin(δ)＝sin(b)cos(ε)+cos(b)sin(ε)sin(l)
其中，α为赤经，δ为赤纬，l为黄经，b黄纬，ε为黄赤交角。
(2)赤道坐标转到地平坐标
其中，A为地平经度(方位角)，由南向西测量(若想以北点为起点并向东测量，只需A+＝180°)；h为地平纬度(高度角)，地平线以上为正，以下为负；H为本地时角，从南向西测量；为观测站纬度，北半球为正，南半球为负。
本地时角：
H＝θ0+L-α
其中，θ0为格林尼治恒星时，L为观测站经度(从格林尼治向东为正，向西为负)。
格林尼治恒星时：
θ0＝280.46061837+360.98564736629(JD-2451545.0)+0.000387933T2-T3/38710000
其中，单位为度，JD为儒略日,T是J2000.0起算的儒略世纪数。
若要取得是恒星时(集春分点起算的格林尼治时角)，应做如下处理：
θ0+＝Δψ*cos(ε)
其中，Δψ,ε分别为黄经章动和黄赤交角，格林尼治恒星时的角度范围为[0,360°]。
6、太阳位置坐标的计算
(1)根据VSOP87理论计算出日心黄经L、日心黄纬B、日心向径R；
(2)地心黄经L'、地心黄纬B'和地心向径R
L'＝L+180°,B'＝-B,R'＝R
(2)标准FK5坐标系修正项
λ'＝L'-1°.397T-0°.00031T2
ΔL'＝-0".09033
ΔB'＝0".03916(cos(λ')-sin(λ'))
L'+＝ΔL',B'+＝ΔB'
(3)根据IAU 1980理论计算出黄经章动Δψ、黄赤交角ε；
(4)地心黄经光行差修正：Δλ＝-20".4898/R'；
(5)太阳视黄经：λ＝L'+Δψ+Δλ；
(6)根据黄道坐标与赤道坐标之间的转换关系，解算出太阳的视赤经α和视赤纬δ；
(7)根据赤道坐标与地平坐标的转换关系，解算出观测站太阳的高度角A和方位角h。
7、月球位置坐标的计算
(1)根据ELP2000-82B理论计算出月球的地心黄经λ0和地心黄纬β；
(2)地心视黄经：λ＝λ0+Δψ；
(3)根据黄道坐标与赤道坐标之间的转换关系，解算出月球的视赤经α和视赤纬δ；
(4)根据赤道坐标与地平坐标的转换关系，解算出观测站太阳的高度角A和方位角h。
实施方式五
参照图5、图6、图7、图8说明本实施方式。
本实施方式是对实施方式一所述的一种基于单星定向的全天候自主导航方法中所述的姿态解算的进一步举例说明。
本实施方式所述的姿态解算的原理为：
星体在载体系与导航系下的单位方向矢量的关系：
其中，为星体在载体系下的单位方向矢量，可通过视觉传感器坐标系下星体的单位方向矢量计算得到，为已知量；/>为向量/>与/>间的旋转矩阵，由载体的姿态角计算得出，为代求解量；/>为星体在导航系下的单位方向矢量，为已知量，以北东地坐标系为例，其表示为：
星体在载体下的单位方向矢量可表示为：
其中，为向量/>与/>间的旋转矩阵，由视觉传感器与载体间刚体连接的安装姿态角计算得出；/>为星体在视觉传感器坐标系下的单位方向矢量，其表示为：
其中，视觉传感器坐标系的Zc轴与成像坐标系的Z轴重合，并且视觉传感器坐标系的原点距离成像坐标系原点的距离为视觉传感器的焦距f，星体在图像传感器靶面上成像后的质心坐标位置为点p(x,y)。
姿态解算具体是解算向量与/>间的旋转矩阵，旋转矩阵又由俯仰横滚偏航三个欧拉角构成，俯仰和横滚两个欧拉角可以由惯导提供，相当于已知，向量/>与/>又可以通过计算得到，也相当于已知，仅剩一个偏航角未知，姿态解算也就是解算的偏航角。
欧拉角与旋转矩阵
(1)如图5所示，绕Z轴旋转θ3，旋转矩阵为：
(2)如图6所示，绕Y轴旋转θ2，旋转矩阵为：
(3)如图7所示，绕X轴旋转θ1，旋转矩阵为：
(4)若以Z-Y-X顺序旋转，则旋转矩阵为：
其中，为绕X轴正向旋转的角度；θ为绕Y轴正向旋转的角度；ψ为绕Z轴正向旋转的角度，旋转角度正向符合右手定则。
本实施方式所述的姿态解算的流程为：
(1)计算星体在视觉传感器坐标系内的单位方向矢量
(2)计算星体在载体系内的单位方向矢量
视觉传感器与载体为刚体连接，其安装示意图如图8所示，需要根据安装姿态角将视觉传感器坐标系转换到载体坐标系，按照3-2-1的旋转顺序，先绕Z轴正向旋转-90°，再绕Y轴正向旋转0°，最后绕X轴正向旋转180°，则从视觉传感器坐标系至载体系旋转矩阵为：
根据两坐标系间的旋转矩阵，可求出星体在载体系内的单位方向矢量
(3)计算星体在导航系内的单位方向矢量/>
(4)根据姿态解算原理：结合惯导提供的姿态角数据(横滚角/>、俯仰角θ)，求解出偏航角ψ的信息。
图8为视觉传感器安装示意图，视觉传感器的安装只需保证视野不被遮挡，可以拍摄星体即可。
实施方式六
本实施方式是对实施方式一所述的一种基于单星定向的全天候自主导航方法中所述的多源滤波融合的进一步举例说明。
在本实施方式中，仅关注偏航角的解算输出，故仅需把天文导航解算出的导航角与利用惯导上电稳定后的初始偏航角的实时积分的值进行融合，为二元一次的信息融合，故观测矩阵、状态转移矩阵等为一维矩阵，即实数，具体数值需要进行测试调整，其中
由于积分的惯导数据误差会随时间不断累积，需要天文导航做实时的积分初值的矫正。
本实施方式所得的多源滤波融合采用扩展卡尔曼滤波(Extended KalmanFilter，EKF)，可以用于解决非线性***的状态估计问题。具体为：在每个时间步骤中，通过对***状态进行线性化，得到一个近似的线性***模型。然后，利用卡尔曼滤波算法对线性***进行状态估计。
实施方式七
本实施方式所述的一种基于单星定向的全天候自主导航***，包括：
图像处理模块：用于采集视觉传感器获取的星体的图像，对所述图像进行处理，提取所述星体的质心点；
数据获取模块：用于获取天文年历中的力学时间、星体在赤道坐标系的坐标及观测点的位置坐标；
角度计算模块：用于采集惯性传感器中加速度计和陀螺仪的加速度和角速度，根据惯性导航原理，计算得到姿态角信息；
姿态解算模块：用于根据所述质心点、力学时间太阳在赤道坐标系的坐标、观测点的位置坐标以及所述姿态角信息，进行姿态解算，得到航向角；
状态预测模块：用于采集惯性传感器预测得到的目标的状态数据；
航向修正模块：用于将所述航向角与所述状态数据进行多源滤波融合，对目标的状态进行更新，并根据所述航向角对目标的航向进行修正，完成导航。
Claims (10)
1.一种基于单星定向的全天候自主导航方法，其特征在于，所述方法包括：
采集视觉传感器获取的星体的图像，对所述图像进行预处理，提取所述星体的质心点；
获取天文年历中的力学时间、星体在赤道坐标系的坐标及观测点的位置坐标；
采集惯性传感器中加速度计和陀螺仪的加速度和角速度，根据惯性导航原理，计算得到姿态角信息；
根据所述质心点、力学时间太阳在赤道坐标系的坐标、观测点的位置坐标以及所述姿态角信息，进行姿态解算，得到航向角；
采集惯性传感器预测得到的目标的状态数据；
将所述航向角与所述状态数据进行多源滤波融合，对目标的状态进行更新，并根据所述航向角对目标的航向进行修正，完成导航。
2.根据权利要求1所述的一种基于单星定向的全天候自主导航方法，其特征在于，所述星体包括：太阳和月亮。
3.根据权利要求1所述的一种基于单星定向的全天候自主导航方法，其特征在于，对所述图片进行预处理包括：灰度化处理、缩小视场角处理、锐化处理、二值化处理和掩膜融合处理。
4.根据权利要求1所述的一种基于单星定向的全天候自主导航方法，其特征在于，所述星体的质心点采用质心提取算法提取。
5.根据权利要求1所述的一种基于单星定向的全天候自主导航方法，其特征在于，所述天文年历中的力学时间采用天文算法计算获取。
6.根据权利要求1所述的一种基于单星定向的全天候自主导航方法，其特征在于，所述姿态解算具体为：
其中，为星体在载体系内的单位方向矢量，/>为向量/>与/>间的旋转矩阵，/>为星体在导航系下的单位方向矢量。
7.根据权利要求1所述的一种基于单星定向的全天候自主导航方法，其特征在于，所述预测数据包括：偏航角。
8.一种基于单星定向的全天候自主导航***，其特征在于，所述***包括：
图像处理模块：用于采集视觉传感器获取的星体的图像，对所述图像进行处理，提取所述星体的质心点；
数据获取模块：用于获取天文年历中的力学时间、星体在赤道坐标系的坐标及观测点的位置坐标；
角度计算模块：用于采集惯性传感器中加速度计和陀螺仪的加速度和角速度，根据惯性导航原理，计算得到姿态角信息；
姿态解算模块：用于根据所述质心点、力学时间太阳在赤道坐标系的坐标、观测点的位置坐标以及所述姿态角信息，进行姿态解算，得到航向角；
状态预测模块：用于采集惯性传感器预测得到的目标的状态数据；
航向修正模块：用于将所述航向角与所述状态数据进行多源滤波融合，对目标的状态进行更新，并根据所述航向角对目标的航向进行修正，完成导航。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据权利要求1-7中任一项所述的一种基于单星定向的全天候自主导航方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于储存计算机程序，所述计算机程序执行根据权利要求1-7中任一项所述的一种基于单星定向的全天候自主导航方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311689024.8A CN117760404A (zh) | 2023-12-11 | 2023-12-11 | 一种基于单星定向的全天候自主导航方法、***、计算机设备及介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311689024.8A CN117760404A (zh) | 2023-12-11 | 2023-12-11 | 一种基于单星定向的全天候自主导航方法、***、计算机设备及介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117760404A true CN117760404A (zh) | 2024-03-26 |
Family
ID=90309899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311689024.8A Pending CN117760404A (zh) | 2023-12-11 | 2023-12-11 | 一种基于单星定向的全天候自主导航方法、***、计算机设备及介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117760404A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118089707A (zh) * | 2024-04-28 | 2024-05-28 | 四川腾盾科技有限公司 | 一种基于天文导航的单星定位方法 |
-
2023
- 2023-12-11 CN CN202311689024.8A patent/CN117760404A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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